Nghiên cứu độ cứng trong mặt phẳng của sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng hộp tạo rỗng

Ngoài vai trò chịu tải trọng thẳng đứng,  sàn nhà còn có vai trò trực tiếp nhận tải trọng ngang (gió bão, động đất) và phân phối nó lên hệ thống kết cấu đứng (cột, vách cứng). Tuy nhiên, các kĩ sư thường chỉ chú trọng vai trò chịu tải thẳng đứng mà không chú ý nhiều tới vấn đề truyền tải trọng ngang. Đối với tải trọng gió bão (hoạt tải gió), các kĩ sư thường để cho các phần mềm tự động tính toán độ cứng trong mặt phẳng. 

Trong khi đó, các phần mềm thiết kế kết cấu phổ biến thường áp dụng rộng rãi các mô hình tấm vỏ Kirchhoff-Love hoặc Reissner-Mindlin để mô phỏng sự làm việc của các loại sàn. Điều này có nghĩa là độ cứng trong mặt phẳng của  sàn bê tông cốt thép hoàn toàn được xác định bởi độ cứng màng. Đa số các phần mềm này để ngỏ việc xác định độ cứng trong mặt phẳng của các loại sàn khác (bao gồm cả các loại sàn rỗng) cho các kĩ sư thiết kế, chỉ hỗ trợ việc khai báo các mô hình sàn đặc tương đương với các loại sàn rỗng thông qua hệ số điều chỉnh độ cứng. 

Đối với phân tích dao động riêng của công trình, việc xác định độ cứng của các loại sàn thường được đơn giản hóa bằng cách coi sàn là tuyệt đối cứng (rigid diaphragm), đương nhiên điều này kéo theo nhiều sai số trong kết quả phân tích. Các bài báo [1, 2] đã nêu ra các sai khác rất đáng kể khi sử dụng độ cứng (trong mặt phẳng) thực tế và độ cứng tuyệt đối trong phân tích kết cấu nhà, các sai số xuất hiện ngay khi phân tích các kết cấu nhà thấp tầng (8 tầng trong tài liệu [1]). Bài báo [2] đã tính toán độ cứng tương đương cho một kết cấu sàn sườn một phương bằng cách sử dụng phương pháp đồng nhất hóa, nhằm phân tích sự làm việc của loại sàn này. 

Phương pháp đồng nhất hóa được sử dụng trong nghiên cứu vừa nêu sử dụng cả điều kiện biên chuyển vị cưỡng bức và điều kiện biên lực tác dụng. Các tiêu chuẩn thiết kế công trình bê tông cốt thép hiện đại nhất hiện nay [3, 4] đều có những qui định sử dụng độ cứng thực của các loại sàn trong phân tích kết cấu. Tiêu chuẩn [4] có những qui định cụ thể khi nào thì một loại sàn được coi là tuyệt đối cứng, nghĩa là nếu sử dụng các loại sàn có độ cứng thấp hơn thì các kĩ sư phải xác định được độ cứng thực tế của sàn để khai báo vào phần mềm. Tiêu chuẩn [3] thì phân chia độ cứng sàn làm ba mức (tuyệt đối cứng, nửa cứng và mềm).

Khi so sánh chuyển vị của bốn kết cấu trong Hình 6, có thể thấy rõ:

- Mô hình màng SHQB được xây dựng từ phương pháp đồng nhất hóa bám sát chuyển vị của sàn hộp, đồng thời thiên về an toàn (chuyển vị lớn hơn chuyển vị của sàn hộp). Độ chênh lệch lớn nhất chỉ 2,8%. Không những có độ chênh lệch nhỏ, tại vị trí gần với biên ngàm cứng, chuyển vị của mô hình SHQB bám sát rõ rệt chuyển vị của mô hình sàn 3D. Điểm vượt trội này của mô hình SHQB so với các mô hình khác có thể nhận thấy được bằng mắt thường;

- Mô hình màng LFNE là mô hình đang được sử dụng phổ biến trong thiết kế hiện nay, tuy nhiên, độ chênh lệch trong chuyển vị của mô hình LFNE so với sàn hộp lên tới 8,7%; thiên về nguy hiểm. Sai số này quá lớn so với sai số thường được chấp nhận trong ngành Xây dựng là 5%. Mặt khác, phương pháp này chỉ cho phép các kĩ sư thiết kế khoảng cách giữa các hộp theo hai phương là giống nhau; điều này sẽ hạn chế rất nhiều phương án thiết kế của các kĩ sư; 

- Mô hình màng RSA có độ sai lệch lớn nhất, do phần mềm này có thể tính toán nhanh độ cứng TMP (theo công thức); nhưng chỉ có thể tính toán cho khối rỗng hình hộp chữ nhật, không phải khối rỗng hình chóp cụt như hai mô hình màng còn lại. Từ đó, có thể kết luận phương pháp đồng nhất hóa sử dụng điều kiện biên tuần hoàn có thể sử dụng để xây dựng mô hình màng tương đương, mô tả được sự làm việc TMP của sàn hộp. Phương pháp này không những cho độ chính xác cao hơn các công cụ phổ biến hiện nay trong thiết kế sàn hộp, mà còn có tính linh hoạt cao hơn, cho phép xác định độ cứng của sàn hộp với khoảng cách hộp tạo rỗng theo hai phương không giống nhau bằng mô hình màng trực hướng, tương tự [10].

Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:

BuilData